JP2007271332A - Air-fuel ratio operating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気ガスの空燃比を測定して、演算する空燃比演算装置に関し、特に理論空燃比の校正値のバラツキによる排ガス悪化を抑制する空燃比演算装置に関するものである。 The present invention relates to an air-fuel ratio calculation apparatus that measures and calculates an air-fuel ratio of exhaust gas of an internal combustion engine, and more particularly to an air-fuel ratio calculation apparatus that suppresses exhaust gas deterioration due to variations in the calibration value of the theoretical air-fuel ratio.
一般に、内燃機関においては、排気管に設けられたリニア空燃比センサで排気ガスの空燃比が測定され、これを理論空燃比に近付けるように燃料噴射量をフィードバック制御することにより、排気ガスに含まれるCO、NOx等の有害ガスを三元触媒により効率的に浄化するようになされている。このようなリニア空燃比センサにおいては固体電解質壁に印加するポンプ電流に応じて空燃比を検出する回路の製造上のバラツキや温度特性のバラツキが発生しこれを補正する必要があった。 In general, in an internal combustion engine, the air-fuel ratio of exhaust gas is measured by a linear air-fuel ratio sensor provided in the exhaust pipe, and the amount of fuel injection is feedback-controlled so that this is close to the stoichiometric air-fuel ratio. In this way, harmful gases such as CO and NOx are efficiently purified by a three-way catalyst. In such a linear air-fuel ratio sensor, variations in the manufacture of circuits for detecting the air-fuel ratio and variations in temperature characteristics occur according to the pump current applied to the solid electrolyte wall, and it is necessary to correct this.
従来の空燃比センサの補正方法としては、例えば、特許文献1に示したような方法が公知である。この方法は、図7のフローチャートに示すように、各種信号に基づいて、空燃比フィードバック制御を停止する条件と判定されたときに(ステップS1、S2)、リニア空燃比センサのポンプ電流を遮断し、該ポンプ電流を電圧信号に変換する回路の出力値を複数回測定して平均し(ステップS3〜S5)、理論空燃比相当の基準電圧から前記出力値の平均値を減算した値を補正値として算出し、機関運転停止直前では、最新の算出値をバックアップ記憶する(ステップS6〜S8)。そして、空燃比フィードバック制御時に、前記補正演算の途中でないときに、前記電圧信号に変換する出力値に前記補正値を加算して補正した値に基づいて、変換テーブルにより空燃比検出値(デジタル値)を求める(ステップS9〜S11)ものである。
As a conventional air-fuel ratio sensor correction method, for example, a method as disclosed in
上述した従来技術では、空燃比検出回路から出力される電圧をA/D変換器を通したA/D値に基づいて補正値を演算し、理論空燃比電圧を校正している。A/D値は、空燃比検出回路の個体差による電圧のバラツキ、A/D変換誤差、ノイズ等の影響が含まれるため数LSB幅(最小桁の2〜3ビット)でバラツキが生じる。従って平均化した補正値にも少なからずバラツキによる影響が含まれるため、校正された理論空燃比電圧もずれが生ずることになり、排気ガスに影響を与え、しいては、三元触媒の浄化率を低下させる問題点があった。本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、理論空燃比の校正値のバラツキを抑え、排気ガスへの影響を抑制した空燃比演算装置を得ることを目的とするものである。 In the prior art described above, the theoretical air-fuel ratio voltage is calibrated by calculating a correction value based on the A / D value obtained by passing the voltage output from the air-fuel ratio detection circuit through the A / D converter. The A / D value includes variations due to individual differences in the air-fuel ratio detection circuit, effects of A / D conversion errors, noise, and the like, and therefore varies with a few LSB widths (2 to 3 bits of the minimum digit). Therefore, since the averaged correction value includes an effect due to variations, the calibrated theoretical air-fuel ratio voltage also shifts, affecting the exhaust gas, and the purification rate of the three-way catalyst. There was a problem of lowering. The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain an air-fuel ratio calculation device that suppresses variations in the calibration value of the theoretical air-fuel ratio and suppresses the influence on exhaust gas. .
この発明は、エンジンの排気系に配設され、電圧を印加すると、電流を発生させる固体電解質からなるリニア空燃比センサと、そのリニア空燃比センサに電圧を供給すると共に、発生した電流を検出し、検出した電流の大きさに比例した出力を発生する空燃比出力回路を備える空燃比演算装置において、空燃比出力回路が検出したセンサ出力をフィルタ処理して分解能を上げる出力変換手段と、空燃比出力回路からの出力を補正する手段を備えたことを特徴とする。 The present invention is arranged in an exhaust system of an engine, and when a voltage is applied, a linear air-fuel ratio sensor made of a solid electrolyte that generates a current, supplies the voltage to the linear air-fuel ratio sensor, and detects the generated current. An air-fuel ratio calculation device comprising an air-fuel ratio output circuit that generates an output proportional to the magnitude of the detected current, an output conversion means for filtering the sensor output detected by the air-fuel ratio output circuit to increase resolution, and an air-fuel ratio Means is provided for correcting the output from the output circuit.
本発明によれば空燃比検出回路の出力電圧の校正に用いる理論空燃比電圧値に関して、ノイズ等の電圧変動要因の影響を軽減したばらつきの少ない理論空燃比電圧値を得ることができる。その理論空燃比電圧値を用いて、空燃比検出回路の出力電圧の校正をすることで、より正確な空燃比の演算、しいては、高度な排気ガスの浄化ならびに燃費の向上が可能となるものである。 According to the present invention, regarding the theoretical air-fuel ratio voltage value used for calibration of the output voltage of the air-fuel ratio detection circuit, it is possible to obtain a theoretical air-fuel ratio voltage value with less variation in which the influence of voltage fluctuation factors such as noise is reduced. By calibrating the output voltage of the air-fuel ratio detection circuit using the theoretical air-fuel ratio voltage value, it becomes possible to calculate the air-fuel ratio more accurately, that is, advanced exhaust gas purification and fuel efficiency improvement. Is.
実施の形態1.
以下に本発明の実施の形態1に係わる空燃比演算装置について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係わる空燃比演算装置としての内燃機関の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は、同一又は相当部分を示す。図1において、電子制御装置1は、吸気管2に設けられている燃料噴射装置3に電気的に接続され、燃料噴射装置3への駆動信号によって、燃料噴射量を調節することが出来る。
Hereinafter, an air-fuel ratio calculating apparatus according to
吸気管2に噴射された燃料は、エンジン4によって燃焼し、排気ガスとして排気管5に排出される。また電子制御装置1は、排気管5に設けられているリニア空燃比センサ10にも電気的に接続され、エンジン4から排出された排気ガスの空燃比をリニア空燃比センサ10により測定することができる。さらに排気管5には、三元触媒6が設けられ、排気ガスに含まれるHC、CO、NOx等の有害成分を浄化することができる。だたし、前述の有害成分を効率的に浄化するには、燃料噴射量を理論空燃比に制御する必要がある。
The fuel injected into the
電子制御装置1は、リニア空燃比センサ10により測定し演算した空燃比に基づき、燃料噴射装置3の燃料噴射量を理論空燃比になるように調節することにより、三元触媒6により効率的に排気ガスを浄化することができる。
図2は、本発明に係わる空燃比演算装置のリニア空燃比センサと電子制御装置の構成を示す図である。
The
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the linear air-fuel ratio sensor and the electronic control unit of the air-fuel ratio calculation apparatus according to the present invention.
図2において、リニア空燃比センサ10は、ポンプセル11と多孔質拡散層12、起電力セル13と補強板14の蓄積体により構成されている。このポンプセル11は、酸素イオン伝導性固体電解質材料である安定化ジルコニア素子により形成され、その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された多孔質電極15及び16を有している。
In FIG. 2, the linear air-
また起電力セル13も同様に安定化ジルコニア素子により形成され、その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された多孔質電極17及び18を有している。この起電力セル13は、従来の酸素センサと同様の原理で電極間に酸素濃度差があると起電力を生じる性質を備え、ポンプセルは、ポンプ電流が流れることによって、測定室19に酸素を出し入れする性質がある。
Similarly, the
電子制御装置1は、空燃比検出回路20とマイクロコンピュータ23とから構成されている。上記空燃比検出回路20は、更にポンプ電流を制御すると共に、ポンプ電流を図3のリニア空燃比センサ特性に示すような電気信号に変換して、マイクロコンピュータ23に出力する電流/電圧変換回路21と、ポンプ電流を遮断するポンプ電流遮断回路22とから構成されている。この空燃比検出回路20は、リニア空燃比センサ10内の抵抗を流れる電流値からリニア空燃比センサの温度を検出できる機能も有する。
The
また、空燃比検出回路20は、リニア空燃比センサ10の起電力を一定に保つように、即ち、起電力セル13を理論空燃比相当の酸素濃度に保つようにポンプセル11に対するポンプ電流をフィードバック制御する。このときポンプ電流は、空燃比に対応して連続的に変化するため、ポンプ電流から空燃比を測定することが出来る。リニア空燃比センサ10は、上述したように、酸素イオン伝導性固体電解質からなり、排気ガス中の酸素濃度に応じた電気信号を出力する起電力セル13と、供給されるポンプ電流に応じて酸素イオンを移動させるポンプセル11とを備えている。
The air-fuel
空燃比検出回路20は、起電力セル13からの出力は設定値となるようにポンプ電流をポンプセル11に出力し、ポンプ電流に応じた空燃比信号を電圧で出力する。また、ポンプ電流遮断指令により強制的にポンプ電流を0とするポンプ電流遮断回路22が備えられており、ポンプ電流遮断時には、理論空燃比に相当するポンプ電流が0のときの電圧が出力され、それを理論空燃比電圧として校正する。
The air-fuel
また、マイクロコンピュータ23は、空燃比検出回路20の電流/電圧変換回路21からの出力電圧をデジタル変換するA/D変換器24を有し、A/D変換された値の分解能変換機能および、分解能変換された値のフィルタ処理を行う機能を有し、ポンプ電流遮断時には、ポンプ電流遮断回路22に指令を送って、ポンプ電流を遮断させ、さらに前記フィルタ処理された値を基に、理論空燃比電圧の校正を行うことができる機能を有する。
Further, the
図4は、本発明の実施の形態1に係わる空燃比演算装置のマイクロコンピュータの動作を示すフローチャートである。図5は、理論空燃比電圧値の校正処理に関するポンプ電流、フィルタ処理演算値Vf(n)、判定値設定、カウンタ状態、等の各種状態変化の様子を示すタイムチャートである。以下、マイクロコンピュータ23の動作について、図4および図5を参照しながら説明する。
FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the microcomputer of the air-fuel ratio calculating apparatus according to
まずステップ101において、マイクロコンピュータ23は、空燃比検出回路20の電流/電圧変換回路21からの出力電圧をA/D変換器24によりデジタルに変換し出力値とする。次に、ステップ102において、A/D変換した値を所定数倍して、分解能を変換する。(例えば、マイクロコンピュータが備えているA/D変換器が10ビットの場合、A/D値を4倍することにより、12ビット相当の値に変換することできる。)
First, in
次にステップ103において、分解能変換後の値をフィルタ処理する。フィルタ処理は、下式に基づいて行う。
Vf(n)=(1−G)×Vf(n−1)+G×V(n)
ここで、Gはフィルタゲイン、V(n)は、ステップ102において演算された変換値、Vf(n−1)は、前回のフィルタ処理演算値、Vf(n)は、今回のフィルタ処理演算値を表す。なおフィルタゲインG(0≦G≦1)は、前回のフィルタ処理演算値Vf(n−1)と、ステップ102において演算された変換値V(n)の演算比率を表す。
Next, in
Vf (n) = (1-G) * Vf (n-1) + G * V (n)
Here, G is the filter gain, V (n) is the converted value calculated in
次にステップ104において、マイクロコンピュータ23は、リニア空燃比センサ10のポンプ電流を遮断するか否かを判定する。ポンプ電流を遮断する場合には、ステップ105に進み、遮断しない場合には、ステップ114へ進む。
次にステップ105において、マイクロコンピュータ23は、ポンプ電流遮断指令をポンプ電流遮断回路22に出力し、このポンプ電流遮断回路22によりリニア空燃比センサ10のポンプ電流を遮断する。
Next, at
Next, at
次にステップ106において、マイクロコンピュータ23は、前回処理の実施時に、ポンプ電流を遮断したか否かを判定する。これは、前述のステップ105において、ポンプ電流を遮断したことにより、ポンプ電流非遮断状態から、遮断状態に移行したということを判断するためである。前回処理実施にポンプ電流を遮断していない場合は、ステップ107に進み、遮断していた場合は、ステップ108に進む。
Next, in
次にステップ107において、理論空燃比電圧の校正処理に利用する判定値およびその判定値それぞれに対応するカウンタを設定する。まずは、図5において、今回のフィルタ処理演算値Vf(n)を判定値ZA50(V)とし、この判定値ZA50を中心に1LSB間隔にて、上下4個、合計9個の判定値を設定する。(図5のZA10〜ZA90がそれに該当する。)さらに、各判定値に対応する9個のカウンタを設定し、初期値を0値とする。(図5のカウンタ状態ZCNTA1〜ZCNTA9を参照)
Next, at
次にステップ108において、マイクロコンピュータ23は、今回のフィルタ処理演算値Vf(n)が、設定された判定値の範囲外の値となっているか否か判定する。今回のフィルタ処理演算値Vf(n)が、設定された判定値の範囲外ならばステップ109に進み、範囲内ならば、ステップ110に進む。
次にステップ109において、判定値及び、カウンタの再設定を行う。今回のフィルタ処理演算値Vf(n)が判定値ZA90より小さい場合、今回のフィルタ処理演算値Vf(n)を判定値ZA71と再設定し、判定値ZA71を基準にして、1LSB間隔で、上側6個、下側2個合計9個の判定値を設定する(図5のZA11〜ZA91がそれに該当する。)。
Next, in
Next, in
あるいは、今回のフィルタ処理演算値Vf(n)が判定値ZA10より大きい場合、今回のフィルタ処理演算値Vf(n)を判定値ZA32と再設定し、判定値ZA32を基準にして、1LSB間隔で、上側2個、下側6個合計9個の判定値を設定する(図5のZA12〜ZA92がそれに該当する。)。さらにそれぞれの判定値に対応するカウンタに関しては、今までのカウント結果を初期化し、新たに再設定された判定値に対応する。図5において、判定値をZA10〜ZA90からZA11〜ZA91に再設定、あるいはZA11〜ZA91からZA12〜ZA92に再設定する際にカウンタZCNTA1〜ZCNTA9のそれまでの結果を0に戻し、新たな判定値を元にカウントし直している部分(カウンタ・判定再設定処理)がそれに該当する。 Alternatively, when the current filter processing calculation value Vf (n) is larger than the determination value ZA10, the current filter processing calculation value Vf (n) is reset as the determination value ZA32, and the determination value ZA32 is used as a reference at 1 LSB intervals. Then, a total of nine determination values are set (upper two and lower six) (ZA12 to ZA92 in FIG. 5 correspond to this). Further, for the counters corresponding to the respective determination values, the count results so far are initialized and correspond to the newly reset determination values. In FIG. 5, when the determination value is reset from ZA10 to ZA90 to ZA11 to ZA91 or reset from ZA11 to ZA91 to ZA12 to ZA92, the previous results of the counters ZCNTA1 to ZCNTA9 are returned to 0, and new determination values are set. The part (counter / judgment resetting process) that has been recounted based on this corresponds to this.
次にステップ110において、マイクロコンピュータ23は、今回のフィルタ処理演算値Vf(n)が、判定値ZA1*からZA9*のどの値と一致するかを順次判定する。次にステップ111において、前述のステップ110にて今回のフィルタ処理演算値Vf(n)と値の一致した判定値に対応しているカウンタの数値を1加算する。例えば、Vf(n)=ZA3*となった場合、カウンタZCNTA3の数値を1加算する。
Next, in
次にステップ112において、マイクロコンピュータ23は、ステップ111にて処理したカウンタの数値が所定値に達したか否か判定する。所定値に達した場合、ステップ113へ進む。具体的には、所定値を5回と設定した場合、ステップ111において加算したカウンタの数値が5回になった場合、ステップ113に進む。
Next, in
次に、ステップ113において、所定数に達したカウンタに対応する判定値を新たな理論空燃比電圧値として更新し記憶する(理論空燃比電圧校正処理)。さらに本処理が実施された場合、再度ポンプ電流が非遮断状態から、遮断状態に移行するまでは、理論空燃比電圧値の更新を禁止する。
次にステップ114において、上述した理論空燃比電圧値とステップ103において演算したフィルタ処理演算値との差より空燃比を演算する。
Next, at
Next, at
図6は、空燃比検出回路20からの出力電圧(アナログ値)に対する従来技術と本発明の実施の形態1との動作を比較したタイムチャートである。図6において、上段は空燃比検出回路からの出力電圧の変換結果を示す波形であり、ノイズ等により空燃比検出回路20からの出力電圧の変化量が大きい領域(左側)と空燃比検出回路からの出力電圧が安定している領域(右側)に分けて示している。また、下段には上段に示す出力電圧変化に基く演算結果を示している。
FIG. 6 is a time chart comparing the operation of the prior art with respect to the output voltage (analog value) from the air-fuel
更に、図6の上段において、実線は空燃比検出回路からの出力電圧(アナログ値)を、点線は空燃比検出回路からの出力電圧のA/D変換値を、また微小点線はフィルタ処理演算値Vf(n)[G=0.5に設定]の値をそれぞれ示している。また、図6の下段において、黒塗り菱形印は本発明により更新した理論空燃比電圧値を、白抜き丸印は判定値/カウンタ再設定処理を実施したVf(n)を、また黒塗り丸印は判定値/カウンタ再設定処理を実施しないVf(n)をそれぞれ示している。 Further, in the upper part of FIG. 6, the solid line indicates the output voltage (analog value) from the air-fuel ratio detection circuit, the dotted line indicates the A / D conversion value of the output voltage from the air-fuel ratio detection circuit, and the minute dotted line indicates the filter processing calculation value. Vf (n) [set G = 0.5] is shown. In the lower part of FIG. 6, the black diamonds indicate the theoretical air-fuel ratio voltage values updated according to the present invention, the white circles indicate the judgment value / counter reset processing Vf (n), and the black circles. The mark indicates Vf (n) where the determination value / counter resetting process is not performed.
従来技術の場合、A/D変換値を元に理論空燃比の補正値を演算しているが、A/D変換値は、前述したようにA/D変換器24によるA/D変換誤差により実際の出力電圧(アナログ値)に対してズレが生じる。図6の上段で示しているように、実線で表している出力電圧(アナログ値)と破線で示しているA/D変換値とでは、A/D変換の1LSB以下の動きに対してズレが生じる。さらに、ノイズ等の要因で、出力電圧が大きく変化すると、前述のA/D変換誤差の影響もあり、実際の出力電圧(アナログ値)の変化に対して、大きい値となる場合がある。すなわち、図6の上段(左側)で示しているようにノイズ等が発生している領域では、出力電圧(アナログ値)の変化量よりA/D変換値の変化量が大きい現象が発生している。
In the case of the prior art, the theoretical air-fuel ratio correction value is calculated based on the A / D conversion value. The A / D conversion value is calculated by the A / D conversion error by the A /
これに対し、上述した本発明の実施の形態1では、ステップ102において、A/D変換値をまず所定数倍(例えば、4倍)してその分解能を変換し、さらにステップ103により、フィルタ処理を追加したフィルタ処理演算値Vf(n)を求めることで、ノイズ等による大きな電圧変化を軽減し、さらに電圧変化量に関してもA/D変換の1LSB以下の分解能で表すことが可能である。すなわち、図6の上段(右側)で示している点線が、フィルタ処理演算値Vf(n)に該当する。
In contrast, in the first embodiment of the present invention described above, in
また、従来技術のようにA/D変換値の平均値により理論空燃比電圧を求める方法では、図6(左側)に示すようにノイズ等により大きな電圧変化があった場合、その変化の影響が平均値にも反映される。図6の下段において実線で示しているように、従来技術における全体のA/D変換値の平均値と、下段(右側)の一点鎖線で示しているように電圧変化が大きい領域を除いて演算したA/D変換値の平均値では、ズレが生じていることが分る。よって、それが理論空燃比電圧値のばらつき要因となり、理論空燃比電圧値で校正された空燃比にズレが生じることになる。 Further, in the method of obtaining the theoretical air-fuel ratio voltage by the average value of the A / D conversion values as in the prior art, if there is a large voltage change due to noise or the like as shown in FIG. It is also reflected in the average value. As shown by the solid line in the lower part of FIG. 6, the calculation is performed except for the average value of the entire A / D conversion values in the prior art and the region where the voltage change is large as shown by the dashed line on the lower part (right side). It can be seen that a deviation occurs in the average value of the A / D conversion values. Therefore, this becomes a variation factor of the theoretical air-fuel ratio voltage value, and a deviation occurs in the air-fuel ratio calibrated with the theoretical air-fuel ratio voltage value.
これに対し、本発明の実施の形態1における理論空燃比電圧値の演算方法では、ステップ107により出力変換値Vf(n)を元に判定値を設定するため、ステップ108、109により、設定された判定値の範囲外の出力変換値Vf(n)に関しては、ノイズ等を要因とした出力電圧の変化による影響として、理論空燃比電圧値の演算対象から除くことが可能である。その上で、ステップ110、111、112、113の一連の処理で判定値と出力変換値Vf(n)の一致が所定回数成立した判定値を理論空燃比電圧とすることにより、ばらつき幅の制限された範囲の中でとり得る頻度の高い値を採用していることになる。
On the other hand, in the calculation method of the theoretical air-fuel ratio voltage value according to the first embodiment of the present invention, since the determination value is set based on the output conversion value Vf (n) in
図6の下段に示しているように、本発明の実施の形態1にて採用された更新した理論空燃比電圧(黒塗り菱形)は、空燃比検出回路からの出力電圧が安定している領域部分の平均値と一致していることからもわかる。従って、ノイズ等の電圧変動による影響を排除したよりばらつきの少ない理論空燃比電圧値を得ることが可能となる。 As shown in the lower part of FIG. 6, the updated theoretical air-fuel ratio voltage (black diamond) adopted in the first embodiment of the present invention is a region where the output voltage from the air-fuel ratio detection circuit is stable. It can also be seen from the fact that it matches the average value of the part. Therefore, it is possible to obtain a theoretical air-fuel ratio voltage value with less variation that eliminates the influence of voltage fluctuations such as noise.
1 電子制御装置、 2 吸気管、 3燃料噴射装置、
4 エンジン、 5 排気管、 6三元触媒、
10 リニア空燃比センサ、 20空燃比検出装置、
21 電流/電圧変換回路、 22ポンプ電流遮断回路、
23 マイクロコンピュータ、 24A/D変換器。
1 electronic control unit, 2 intake pipe, 3 fuel injection device,
4 engine, 5 exhaust pipe, 6 three way catalyst,
10 linear air-fuel ratio sensor, 20 air-fuel ratio detection device,
21 current / voltage conversion circuit, 22 pump current cutoff circuit,
23 Microcomputer, 24 A / D converter.
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